Lie vaikeaa löytää sellaista lähdettä joka suoraan kuvailisi katon läpi asennettavan peiliaurinkokellon olemuksen, mutta tässä koetan pitää kirjaa sellaisista lähteistä joita ehkä voi käyttää projektin yhteydessä. Oleellisen tärkeä lähde on kuitenkin aina terve talonpoikaisjärki.
( Opinnäytetyön lähdeluettelossa varmaankin täytyisi olla kirjan tmv. tekijän nimi ensin, mutta tässä käytän omaa aihepainotteista tapaani. Minulle ihan sama kuka sen kirjan on tehnyt. )
Yleisiin optiikan alan lähteisiin on epäilemättä syytä tukeutua, vaikka yksityiskohtia niistä ei ehkä tähän projektiin paljoakaan pysty soveltamaan.
Physics for scientists and engineers, a strategic approach, Randall D. Knight, Pearson International edition, 2008, 2nd edition
Tämä juhlallinen fysikaalinen lähestymistapa on ehkä hiukan hätävarjelun liioittelua koska tavallinen sädeoptiikka ja terve maalaisjärki tässä riittävät aivan mainiosti.
Valon aaltoluonne ja kvanttiluonne eli fotonit saavat tässä yhteydessä haistaa pitkät. Sädeoptiikka on OK.
Optics, Francis Weston Sears, Addison-Wesley Publishing Company, 1964
Technische Optik, Gottfried Schröder, Vogel-Buchverlag, 1986
Valo-oppi, Matti Linkoaho & Jukka Valjakka, Otakustantamo, 1979
Insight into Optics, O.S.Heavens & R.W.Ditchburn, Wiley, 1991
Tässä kirjassa on ideaa ja yritystä, osittain innovatiivinen näkökulma, vaikka pääosin hiihteleekin niitä perinteisiä latuja pitkin.
Peiliaurinkokellolla on jonkin verran yhteistä piirteitä peilikaukoputkien optiikan kanssa, vaikka käyttötapa onkin periaatteessa erilainen. Niinpä kannattaa ehkä tutkiskella hiukan myös kaukoputkien optiikkaa, erikoisesti SchiefSpiegler -typpisiä peilikaukoputkia joissa valo tulee peileihin hiukan vinossa kulmassa.
Havaitseva tähtitiede, Nilsson-Takalo-Piironen, URSA, 2003
Edustakoot astronomista optiikkaa, vaikka tässä projektissa ei oikeasti ole kyse kuvantavasta optiikasta ollenkaan.
Aurinkokellolla on tiety astronominen kytkentä maapalloon, Aurinkoon, koordinaatistojärjestelmiin, aikakäsitteeseen. Tässä yhteydessä tarvittavat yksinkertaiset astronomiset periaatteet löytynevät monistakin opuksista. Kyse on maapallon pinnan maantieteellisistä koordinaateista, pallogeometriasta, palloastronomian ja Auringon näennäisen liikkeen perusasioista. Ei siis mitään mustia aukkoja, kvasaareja ja laajenevaa avaruutta.
Energy Efficient Buildings with Solar and Geothermal Resources, Ursula Eicker, Wiley, 2014
Tämä ylläoleva epäilemättä keskittyy lähinnä energianäkökohtiin ja luonnolliseen sisävalaistukseen, mutta uskoakseni myös Auringon näennäistä liikettä taivaalla on käsitelty riittävästi.
Aurinkokelloistakin löytyy kirjallisuutta, joskin se käsittelee lähinnä Auringon varjosauvasta, kappaleen reunasta tms. heittämään varjoon perustuvia malleja. Tässähän peilien kautta aika-asteikolle heijastuvan valon eikä varjon on määrä osoittaa aikaa. Periaatteiden ymmärtäminen on kuitenkin tärkeää ja sitä voi harjoittaa perinteisellä kirjallisuudella.
Grafiikka ja erikoisesti kolmiulotteinen (3D) grafiikka on tässä tarkoitettu lähinnä lopputulosten havainnolliseen esittämiseen. Grafiikan pyrin tietenkin kunniallisena ohjelmoijana tekemään omilla ohjelmilla jos suinkin mahdollista, alan yleisiä periaatteita noudattaen, from the first principles.
Tietokonegrafiikka, Kokkarinen & Kuutti & Nieminen, Talentum Media Oy, 2001
Täytyy korostaa että näissä yleistä tietokonegrafiikkaa käsittelevissä kirjoissa säteenseuraus ei tarkoita ihan sitä mitä sillä haluan tarkoittaa optisen järjestelmän suhteen. Tuollainen "taiteellinen" 3D ray-tracing saattaa olla näyttävää, mutta se ei ole täsmällistä optisen järjestelmän suunnittelua ja analysointia.
3D-grafiikka, Antti Puhakka, Talentum Media, 2008
Computer Graphics for Java Programmers, Leen Ammeraal, Wiley, 1998
Omassa 3D-grafiikan implementaatiossani aion käyttää JavaScript-kieltä enkä Javaa, mutta grafiikan perusperiaatteet ovat samoja. Java-koodin oliomallia tuskin yritän noudattaa JavaScriptissä koska JavaScript ei ole erikoisempi oliokieli. Proseduraalinen lähestymistapa on minusta aivan hyvä. Tulokset ovat tärkeämpiä kuin muodollisuus.
Interactive 3D Computer Graphics, Leendert Ammeraal, John Wiley & Sons, 1988
Kymmenen vuotta vanhempi opus melko tarkkaan samasta aiheesta, mutta ei erikoisesti Java-kielle.
Linear Algebra and its Applications, David C. Lay (et al), 5th edition 2015
Tämä ammattikorkeakoulun Matematiikka-moduulissa käytetty lineaarialgebran oppikirja kertoo sekin jotakin 3D-grafiikasta eräänä lineaarialgebran sovelluksena, vaikka esitystapa ei olekaan kovin käytännönläheinen. Ennen kaikkea tämä on matemaattisempi opus kuin monet muut tässä luetellut. Aivan hyvä lineaarialgebran oppikirja vaikka onkin jenkkien tuote. Selkeä ja helppotajuinen.
Fundamentals of Interactive Computer Graphics, J.D.Foley & A Van Dam, Addison-Wesley, 1983
Alan konkareita. Mielestäni tämäkin saattaa vielä olla käypäinen tarkoituksiini. Tekniikka muuttuu, mutta perusteet pysyvät.
Kolmiulotteisessa säteenseuraamisessa kohtaa eräitä aspekteja jotka liittyvät ehkä lähinnä analyyttiseen avaruusgeometriaan? Miten esimerkiksi määritetään elliptisen pinnan ja valonsädettä kuvaavan suoran leikkauspiste sekä elliptisen pinnan normaalin suunta ko. leikkauspisteessä niin että voidaan laskea mihin suuntaan valonsäde siitä heijastuu?
Optiikan suunnittelun ja analyysin yhteydessä tarvittava 3D ray-tracing on luonteeltaan hiukan erilaista kuin sävähdyttävä "taiteellinen" komeiden kahvipannujen kiiltävän pinnan renderöinti jota näkee monissa grafiikkaa käsittelevissä lähteissä. Tässä on tarkoitus tuottaa optiikan tarkka mitoitus seuraamalla valonsäteitä kolmessa ulottuvuudessa. Komea ulkonäkö ei sinänsä ole tässä 3D ray-tracing tavoite. Kyse on optiikasta eikä taiteesta.
Tämä perinteinen oppi saattaisi ehkä olla hyödyllistä esim. koteloinnin ohutlevyjen taivutusta ajatellen? Ohutlevyn taivutukset kylläkin on tarkoitus tehdä ohjelmalla eikä piirtämällä kynällä ja paperilla.
Deskriptiivistä geometriaa koneensuunnittelua varten, Aimo Pere, Offsetpiste Ky, 1990
En voi väittää tietäväni talojen katoista yksityiskohtaisesti paljon mitään. En varsinaisesti ole rakennusalan hemmo. Kattojen kanssa tässä projektissa on kuitenkin pakko olla tekemisissä. Ja onhan katto toki tärkeä asia. Ilman hyvää kattoa talo olisi pelkkä torso.
Kyse ei niinkään ole katon katteesta, siitä parhaiten näkyvästä osasta joka voi olla esim. huopaa, tiiltä tai peltiä, vaan siitä mitä on vesikaton katteen alla, kattotuoleista, "niskoista", "kurkihirrestä", "ruoteista", välikatosta, lämpöeristyksestä, yläkatteesta yms. Nuo seikat nimittäin muodostavat sen ympäristön jonka kanssa katon läpi asennettavan peiliaurinkokellon on aivan väkisin määrä olla tekemisissä.
Niinpä tietämystä talojen kattorakenteista tulisi kerryttää jollakin tavalla. Täytyy muistaa etsiskellä lähteitä tästä aiheesta...
Elementtimenetelmän toteutusta kehittelen pääasiasiassa koulun lyhyehkön kurssin "Elementtimenetelmän perusteet" pohjalta. Kurssi ei suinkaan keskittynyt kattotuoleihin. Pyrin omaan ohjelmalliseen toteutukseen.
Rakenteiden mekaniikka, Tapio Salmi, Kai Kuula, Pressus Oy, 2012
Ei järin vanha opus, mutta niinpä vaan on loppuunmyyty.
Tämä opus sisältää äkkiä katsoen mm. elementtimenetelmän perusteita vähintään siinä laajuudessa mitä koulun kurssilla käytiin läpi. Onhan tässä toki muutakin materiaalia kuin elementtimenetelmää.
Ihan Petronas -kaksoistorneja ei ole tarkoitus laskea tässä projektissa.
Eräs uusi ajatus on tutkia olemassa olevaa kattotuolia, sen lujuusominaisuuksia elementtimenetelmällä ja kehittää siltä pohjalta uusi erikoinen kattotuoli joka on vähintään yhtä hyvä ja kantaa lisäksi kattoaurinkokellon painon.
Peiliaurinkokello voisi tulla erikoisrakenteisen kattotuolin sisään. Näin esim. 60 cm jaolla olevien kattotuolien joukossa voisi olla erikoiskattotuoli joka ympäröi noin metrin halkaisijaista peiliaurinkokelloa.
Lujuusopin elementtimenetelmä, Matti K. Hakala, Otatieto, 1980
Tässäpä ihan perinteinen lujuusopin elementtimenetelmän oppikirja. Onhan sillä jo hiukan ikää, mutta en usko että perusteet olisivat oleellisesti muuttuneet.
Lujuusopin elementtimenetelmähän eroaa muista - ehkä fyysisesti ja matemaattisesti vaativammista - tapauksista siinä että tulokset ovat niin tarkkoja kuin lujuusopin teoria sallii, olettaen että tapaus on lineaarinen.
Esimerkiksi lämmön siirtymistä kappaleessa johtumalla voi myös seurata elementtimenetelmällä, mutta siinä tulokset ovat hankalammin laskettavissa ja tulokset ovat vain likimääräisiä.
Niin.
Aihetta on tarkoitus käsitellä lähinnä opettelemalla tutkimaan puisia kattotuoleja puhtaasti teoreettisesti elementtimenetelmän keinoin. Puu on minulle elementtimenetelmän kannalta uusi materiaali, joten siitä tarvitaan erikoista oppia ja opastusta, tietenkin yleisten lujuusopin lähteiden ohella.
Puun rakenne ja ominaisuudet, Matti Kärkkäinen, METSÄ kustannus, 2007
Timber designers' manual, 3rd edition, Ozelton & Baird, Blackwell Science, 2002
Sillanrakennusoppi, Puusillat, Prof. Bruuno Kivisalo, Teknillisen korkeakoulun ylioppilaskunta, Otaniemi, 1967 (+Sillanrakennusopin kuvaliite, TKY 1967)
Käsittelee nimenomaan siltoja, mutta ehkä joukossa on hyödyllistä tietoa muustakin puurakentamisesta.
Aurinkokellon peilit ehkä painevaletaan muovista ja päällystetään kirkkaalla alumiinikalvolla tyhjiöuunissa (jos muovi kestää tyhjiöuunin olosuhteet). Lasikuitu, hiilikuitu tai vastaava ei myöskään ole materiaalina poissuljettu. Tai ehkä peilit muodostetaan metallilevystä hydraulisella puristimella? Kromattu metallipinta olisi varmaankin riittävän heijastava.
Voisin ajatella että aurinkokellon peilien tuotantotekniikka on samantapaista kuin autojen ajovalojen umpioiden peilipintojen valmistus. Tosin tässä tarvitaan myös auton lamppujen peilejä huomattavasti isompia peilejä ja pienehkössä kattopeilissä voidaan tarvita aika rajuja muotoja.
Tämä ei ole varsinaista kuvantavaa optiikkaa, eikä pyritä aivan kaukoputkilaatuun. Hiomalla näitä peilejä ei siis tehdä. Tähtikaukoputkien peilejä nämä eivät ole. Peilien oikeassa muodossa pysyminen varmistetaan tukirakenteilla. Peilit voi tukea takaa koska eivät ole läpinäkyviä.
Valmistustekniikka, Ihalainen-Aaltonen-Aromäki-Sihvonen, Otatieto 2005, 11.painos
Tämä yleisen valmistustekniikan oppikirja ei ole ihan sitä mitä tässä tarvittaisiin, mutta ehkä osittain hyödyksi.
Mechanism Design, Analysis and Synthesis, Volume I, Arthur G.Erdman & George N.Sandor, Prentice Hall, 1997, 3rd edition
Micromachining of Engineering Materials, (editor) Joseph McGeough, Marcel Dekker, 2002
Voisiko näitä eksoottisia oppeja ehkä soveltaa jossakin aurinkokellon evoluutioversiossa?